Kiến thức chuyên sâu về đèn LED: từ vật liệu bán dẫn đến thiết kế chiếu sáng chuẩn dự án

Tác giả: PKLed Research Lab | Cập nhật: 11/2025

TL;DR – Chỉ tiêu nhanh theo ứng dụng
Nhà ở: CRI ≥ 80, 3000–4000 K, PstLM ≤ 1,0
Văn phòng: UGR < 19, PF ≥ 0,9, THD < 20%, PstLM ≤ 1,0; SVM ≤ 0,4
Bán lẻ: CRI ≥ 90, R9 ≥ 50, SDCM ≤ 3
Xưởng/kho: IP65, SPD ≥ 4–6 kV, 500–750 lux
Ngoài trời: IP66, SPD 6–10 kV, chịu ăn mòn tốt

1) LED là gì? Nguyên tử – bán dẫn – bức xạ

LED (Light Emitting Diode) là diode bán dẫn phát quang. Vùng P giàu lỗ trống, vùng N giàu electron. Khi phân cực thuận, electron từ N khuếch tán qua lớp chuyển tiếp P–N và tái hợp với lỗ trống; năng lượng chênh lệch ΔE = h·f phát ra photon → tạo ánh sáng.

Vật liệu & màu sắc

• Bước sóng phụ thuộc độ rộng vùng cấm (Eg) của vật liệu (GaN, InGaN → xanh/trắng; AlInGaP → đỏ/hổ phách…).
• LED trắng: LED xanh lam + phosphor chuyển đổi quang phổ sang vàng/đỏ để thu được ánh sáng trắng.

Cấu trúc cơ bản của chip LED

• Chip bán dẫn (die) – nguồn phát photon.
• Giá đỡ (substrate/lead frame, MCPCB) – tản nhiệt, dẫn điện.
• Dây vàng/Al (bond wires) – kết nối điện.
• Epoxy/silicone/phosphor – bảo vệ, định hình quang học, chuyển đổi quang phổ.
• Thấu kính/optic – gom tia, góc chiếu (beam angle).

Dòng chip/nguồn sáng

• DIP/SMD – công suất nhỏ–trung bình, mật độ cao, đa dụng.
• COB (Chip-On-Board) – nhiều die trên nền gốm/nhôm → mật độ quang thông cao, CRI/CCT ổn định; dùng cho downlight/spotlight công suất lớn.

2) Đặc tính điện – quang – nhiệt

2.1 Đặc tuyến I–V & tham số cốt lõi

• Vf (điện áp thuận): 2,0–3,6 V tùy vật liệu/màu.
• If (dòng định mức): ~20 mA (LED chỉ thị), 150–1500 mA (LED công suất).
• P (công suất): P = Vf × If.
• Φv (lumen): tổng ánh sáng phát ra.
• Hiệu suất phát quang (lm/W): η = Φv / P.
• Hạn chế hiệu suất: tái hợp không bức xạ, phản xạ nội, tổn hao phosphor.

2.2 Nhiệt & quản lý nhiệt

• Tj (nhiệt độ mối nối) quyết định tuổi thọ & quang thông. Chuỗi dẫn nhiệt: Tj → Tc (case) → Ts (solder) → Ta (môi trường), đặc trưng bởi điện trở nhiệt Rθ.
• Giải pháp: MCPCB nhôm/đồng, keo tản nhiệt, heatsink diện tích lớn, tăng lưu thông khí.
• Kinh nghiệm dự án: tăng +10–15 °C tại Tj có thể làm suy giảm đáng kể tuổi thọ; tham chiếu biểu đồ lumen maintenance trong datasheet.
• Giảm ripple, tránh inrush.

2.3 Quang học & màu sắc

• CCT: 2700–6500 K; độ ổn định phụ thuộc phosphor & Tj.
• CRI (Ra): ≥ 80 (dân dụng), ≥ 90 (bán lẻ cao cấp/studio).
• Binning & SDCM (MacAdam): đo sai lệch màu; ≤ 5 SDCM (dân dụng), ≤ 3 SDCM (cao cấp).
• Phân bố cường độ I(θ), candela (cd), góc chùm quyết định độ rọi E (lux) tại vị trí làm việc: E ≈ I / r² (xấp xỉ theo trục chiếu).

3) Driver LED – nguồn sáng ổn định

Chức năng: cấp dòng hằng, kiểm soát PF/THD, giảm flicker, bảo vệ OVP/OTP/SC.

Kiến trúc phổ biến

Thông số cần quan tâm

• PF: ≥ 0,5 (dân dụng); ≥ 0,9 (văn phòng/thương mại); ≥ 0,95 ưu tiên cho nhà xưởng.
• THD: càng thấp càng tốt; mục tiêu < 20% cho văn phòng.
• Flicker: đánh giá theo PstLM ≤ 1,0; SVM ≤ 0,4 cho văn phòng/lớp học.
• EMC/EMI: tuân thủ CISPR/EN 55015; hạn chế gây nhiễu hệ thống.
• Tương thích dimmer: Triac/ELV, 0–10 V, DALI, PWM – kiểm tra danh sách tương thích.

4) Độ bền – tiêu chuẩn – thông số tuổi thọ

• Tuổi thọ LxBy: ví dụ L70/B50 @ 50.000 h → 70% quang thông còn lại với 50% mẫu.
• LM-80: thử duy trì quang thông cho package/module.
• TM-21: ngoại suy tuổi thọ từ dữ liệu LM-80.
• IP/IK: chống bụi/nước & va đập (IP65/66 ngoài trời).
• SPD/Surge: ±2–6 kV (dân dụng/đường phố nhẹ), 6–10 kV (đường/ngoài trời nặng).
• An toàn điện: cách điện, nối đất, RCD (ELCB/RCCB).
• RoHS/REACH: hạn chế chất độc hại.
• Tham chiếu tiêu chuẩn: IEC/TCVN 60598, IEC 62722, CISPR/EN 55015 (tùy dự án).

5) Tính toán nhanh: chiếu sáng & tiết kiệm năng lượng

5.1 Xác định số đèn theo độ rọi mục tiêu

1. Chọn E (lux): nhà ở 200–300; văn phòng 300–500; bán lẻ 500–1000; xưởng 300–750 (tùy công việc).
2. Φt ≈ E × A / UF / MF

• A: diện tích (m²); UF: hệ số sử dụng (0,6–0,8 phòng kín; 0,4–0,6 xưởng); MF: suy hao (0,8–0,9).

3. n ≈ Φt / Φđèn. Xếp đèn đảm bảo UGR thấp & đồng đều.

Ví dụ: Văn phòng 100 m², mục tiêu 400 lux, UF=0,7, MF=0,85 →
Φt ≈ 400×100/(0,7×0,85) ≈ 67.200 lm. Dùng panel 36 W, 110 lm/W → 3.960 lm/đèn → cần ~17 đèn (bố trí 4×4 + 1).
Đồng đều: khuyến nghị Emin/Eavg ≥ 0,6; khoảng cách S/H = 1,2–1,5 với panel 600×600.

5.2 So sánh tiêu thụ & hoàn vốn (ROI)

• Thay compact 18 W bằng LED 9 W (900 lm tương đương).
• 100 bóng, 10 h/ngày → trước: 18 kWh/ngày; sau: 9 kWh/ngày → tiết kiệm 9 kWh/ngày.
• Với 3.000 đ/kWh → ~27.000 đ/ngày, ~9,9 triệu đ/năm. Giá điện tham chiếu, thay đổi theo khu vực.

6) Bảng chỉ tiêu kỹ thuật khuyến nghị theo ứng dụng

7) Các lỗi kỹ thuật thường gặp

1. Cấp áp hằng thay vì dòng hằng → cháy LED.
2. Bỏ qua tản nhiệt & ripple → suy giảm sớm, đổi màu.
3. Chỉ nhìn Watt mà không xem lm/W, CRI, SDCM.
4. Dùng dimmer không tương thích → nhấp nháy, ồn.
5. Chọn IP/PF/SPD không phù hợp môi trường/điện lưới.
6. Không kiểm soát độ chói/UGR → mỏi mắt, giảm năng suất.
7. Không kiểm soát bin/SDCM theo lô hàng → lệch màu giữa batch.

8) Checklist hồ sơ kỹ thuật khi đặt hàng từ PKLed

• Datasheet: Φv, lm/W, CCT/CRI, SDCM, Vf/If, PF/THD, dải VAC, ripple, SPD.
• Báo cáo quang học: IES/LDT, phân bố cường độ, UGR.
• LM-80/TM-21 và điều kiện thử.
• Chứng nhận: EMC, an toàn điện, IP/IK, RoHS.
• Điều kiện môi trường: Ta, phạm vi nhiệt độ/độ ẩm, xếp hạng salt-spray (ngoài trời).
• Bảo hành: điều kiện, chu kỳ vận hành, quy trình RMA.

9) Dịch vụ kỹ thuật từ PKLed

• Tư vấn driver/điều khiển (0–10 V, DALI, cảm biến hiện diện/ánh sáng).
• Tối ưu ROI và lộ trình chuyển đổi LED từng giai đoạn cho nhà máy/chuỗi cửa hàng.
• Hỗ trợ thử nghiệm EMC, IP, SPD cho dự án ngoài trời.
• USP: kho driver/thay thế sẵn, SLA đổi mới nhanh cho dự án.

Liên hệ & CTA

PK Electric (pkled.vn) — Giải pháp chiếu sáng hiệu suất cao
Hotline/Zalo: 0972652065
Email: pkelectricsale@gmail.com